Godine 1856, američki naučnik kojeg je istorija skoro zaboravila, Junis Fut, otkrila je izuzetnu sposobnost malog, providnog molekula ugljen-dioksida da apsorbuje toplotu.
Iz jednostavnog eksperimenta, ona je ispravno zaključila da bi atmosfera koja sadrži CO2 „dala našoj Zemlji višu temperaturu“ – opisujući pokretačku snagu globalnog zagrevanja i pružajući molekularni mehanizam ranijim razmišljanjima o tome šta održava našu planetu toplom.
Sada, više od 160 godina kasnije, naučnici su shvatili da priča ima više. Razlog zašto je CO2 tako dobar u hvatanju toplote u suštini se svodi na način na koji molekul sa tri atoma vibrira dok apsorbuje infracrveno zračenje Sunca.
„Neverovatno je“, pišu planetarni naučnik sa Univerziteta Harvard Robin Vordsvort i njegove kolege u svom novom preprintu, „da je očigledno slučajna kvantna rezonanca u inače običnom molekulu od tri atoma imala tako veliki uticaj na klimu naše planete tokom geološkog vremena, i takođe će pomoći u određivanju njenog budućeg zagrevanja usled ljudske aktivnosti“.
Kada su pogođeni dolazećim zracima svetlosti na određenim talasnim dužinama, molekuli CO2 se ne pomeraju samo kao jedna fiksna jedinica kao što biste očekivali. Umesto toga, molekuli CO2 – koji se sastoje od jednog atoma ugljenika sa dva kiseonika – savijaju se i rastežu na određene načine.
Kao što možete videti na dijagramu ispod, dva atoma kiseonika se mogu rastegnuti prema spolja i centralni atom ugljenika može, ali ne mora da sledi, ili atom ugljenika može da se okreće oko glavne ose molekula, savijajući ga.
Slučajno poravnanje u dva od ovih vibracionih obrasca stvara vrstu kvantnog brujanja u molekulima CO2 zvanog Fermijeva rezonanca, koja može učiniti da molekuli vibriraju više.
Zauzvrat, ovo proširuje opseg zračenja koje se apsorbuje CO2, kao što je Vordsvort objasnio u intervjuu sa Aleksom Vilkinsom iz Nev Scientist-a. „To je proširenje koje je zaista kritično za razumevanje zašto je ugljen-dioksid važan gas staklene bašte“, rekao je on.
Fermijevu rezonancu možete zamisliti kao klatno koje se sastoji od dve težine povezane na istu strunu: dok se ljuljaju, rade na povećanju amplitude kretanja jednog drugog.
Druge studije su nedavno procenile da Fermijeva rezonanca CO2 doprinosi oko polovine njegovog ukupnog efekta zagrevanja, inače poznatog kao radijaciona sila.
Ali počevši od osnovnih svojstava CO2, Vordsvort i njegove kolege su opisali interakcije između vibracionih stanja molekula i dodatne toplote koju potom zarobljava koristeći niz jednačina koje kombinuju molekularnu spektroskopiju (obrasci apsorpcije molekula) i fiziku klime.
„Ovaj ishod pruža dodatne dokaze, ako su takvi dokazi bili potrebni, o čvrstoj osnovi fizike globalnog zagrevanja i klimatskih promena“, pišu Vordsvort i njegove kolege u svom preprintu, koji je postavljen na arKsiv pre recenzije.
Osim što pružaju jednostavno objašnjenje kako CO2 zagreva Zemlju, tim kaže da bi njihove jednačine takođe mogle pomoći naučnicima da izvrše brze procene potencijala zagrevanja različitih mešavina gasova staklene bašte otkrivenih u atmosferama drugih planeta, kako bi razumeli njihovu stranu klimu. .
„Ovo bi mogao biti posebno koristan način povećanja intuicije i pružanja provere realnosti rezultata složenih klimatskih modela“, sugerišu istraživači.
Međutim, njihovi proračuni ne uključuju nikakvo preklapanje CO2 sa drugim gasovima staklene bašte koji zadržavaju toplotu, kao što su metan ili radijativni efekti oblaka, koji takođe reflektuju sunčevu svetlost, tako da će možda trebati dodatno podešavanje.
U ovom trenutku, rad tima usađuje novo razumevanje malog, transparentnog CO2 – sudbonosnog molekula od kojeg zavise naši životi.
„Može se zamisliti da bi sa manjim razlikama u kvantnoj strukturi CO2 ova rezonanca mogla biti promenjena ili inhibirana, a prošla i buduća evolucija klime naše planete bi bile veoma različite“, zaključuju istraživači.
